CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến công trình 1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung Vùng thềm lục địa miền Trung từ vĩ tuyến 110 đến 180 Bắc (Từ Thanh Hóa đến Khánh Hòa). Vùng biển miền Trung có địa hình phức tạp, bề mặt gồ ghề, tương đối dốc và sâu. Sông ngòi ngắn và dốc nên mực nước giữa các mùa chênh lệch nhau rất lớn dẫn đến lượng phù sa bồi đắp cho đường bờ không thường xuyên. Địa chất khu vực chủ yếu là cát và một phần đá xen kẽ nhô ra biển nhưng mang tính không đều, có nơi vẫn tồn tại những chỗ đất yếu.
Do địa chất khá phức tạp nên khi xây dựng các công trình bảo vệ bờ ở đây cần phải thận trọng và thăm dò khảo sát địa chất công trình theo đúng quy định. Khu vực miền Trung nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt trong năm là: Mùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh. Mùa đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc lạnh và khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mùa hè có nắng nóng, nhiệt độ cao với sự ảnh hưởng chủ yếu là gió mùa Tây Nam.
Mưa ở đây cũng hình thành 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 11 và mùa khô là từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau. Thủy triều khu vực miền Trung có tính chất hỗn hợp thiên về nhật triều, trong tháng thủy triều ở đây có hầu hết các loại nhật triều, bán nhật triều và hỗn hợp. Trong các vùng biển thì chế độ sóng và dòng chảy phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió ở vùng đó do vậy theo các mùa khác nhau thì chế độ sóng và dòng chảy cũng khác nhau.
Vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc, đường bờ chịu tác động trực tiếp của sóng hướng Đông Bắc. Thời kỳ gió mùa Tây Nam thì sóng hướng Đông Nam sẽ chiếm ưu thế.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên công trình Sóng biển là yếu tố hải văn chủ yếu tác động trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ. Các yếu tố sóng biển như: chiều cao, chiều dài, chu kỳ … là những đặc trưng quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ. Ta có thể căn cứ đặc điểm của sóng mà phân ra các loại như sau: 4 - Nguyên nhân hình thành (sóng gió, sóng triều, sóng động đất …) - Tính chất lực tác dụng (sóng mao dẫn và sóng trọng lực) - Tính chất của chuyển động (sóng đi tới, sóng trùng hợp trong đó có sóng trùng hợp toàn phần là sóng đứng và sóng trùng hợp một phần, sóng giao thoa, sóng khúc xạ, sóng nhiễu xạ, sóng phản xạ, sóng vỡ, sóng xây-sơ) - Độ sâu nước (sóng nước sâu và sóng nước cạn) - Chiều sài sóng (Sóng dài với chu kỳ lớn và sóng ngắn với chu kỳ bé) - Thời điểm tác dụng (sóng cưỡng bức và sóng lừng) - Vị trí so với mặt nước (sóng mặt và sóng nội) - Tính chất đường mặt sóng (sóng 2 chiều và sóng 3 chiều, sóng đều và sóng không đều, sóng dao động bé và sóng dao động lớn) Trong số các loại sóng trên thì sóng gió được coi là đối tượng chính cần xem xét trong thiết kế xây dựng công trình biển, đặc biệt là sóng do gió bão (sóng bão) và sóng lừng (sóng nằm ngoài trường gió) Sóng gió thường là sóng không đều, ngắn, có tính ngẫu nhiên.
Sự hình thành sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và đà gió tức chiều dài gió tác dụng lên mặt nước. Các yếu tố của sóng gió luôn biến đổi theo thời gian và không gian. Hướng sóng cũng luôn biến đổi nhưng hướng chính thì luôn phù hợp với chiều gió. Khi tới vùng nước nông, năng lượng sóng chuyển thành dòng chảy dọc bờ và gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cát ven bờ.
Sóng bão được hình thành trong vùng có bão và chúng thường rất phức tạp. Tại một thời điểm, có rất nhiều chiều cao sóng khác nhau, sóng dường như xuất hiện đột ngột và biến mất đột ngột. Sở dĩ mà sóng bão phức tạp như vậy là do bão không chỉ đơn giản tạo nên một loại sóng mà là tạo nên toàn bộ phổ sóng với một dải các giá trị chu kỳ và chiều cao sóng khác nhau. Tuy vậy, khi sóng di chuyển ra khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triển thành sóng lừng, (swell wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa các đỉnh sóng đồng đều nhau.
Ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thể nối tiếp các con sóng đơn khác trên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền 5 qua đại dương. Sóng lừng có vai trò truyền năng lượng qua đại dương tới bờ biển, tại đó các sóng bị vỡ do ảnh hưởng của ma sát đáy và giải phóng năng lượng mà nó mang theo trong vùng sóng vỡ. Sóng thần là sóng do động đất tạo ra, được đặc trưng bởi bước sóng rất dài (hàng trăm km) và chu kỳ sóng tính bằng phút chứ không phải tính bằng giây. Thông thường những loại sóng này là do động đất ở những độ sâu lớn (>1km) và di chuyển một quãng đường rất dài mà sự giảm chiều cao sóng không đáng kể.
Sóng thần cũng như động đất rất khó dự báo trước. Về mặt nguyên tắc, nó cũng cần được xem xét đến trong thiết kế mặc dù tiêu chuẩn an toàn trong trường hợp này sẽ không cho lời giải kinh tế.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung Quá trình bồi xói đường bờ ở khu vực miền Trung diễn biến theo các mùa khác nhau nhưng xu thế xói là chiếm ưu thế. Do địa hình địa mạo khúc khuỷu, răng cưa nhiều vũng vịnh và bán đảo đá gốc nên hiện tượng xói lở chủ yếu là ở các vùng cửa sông với quy mô nhỏ, cường độ xói từ yếu đến trung bình. Vùng biển ở đây ít được che chắn và lại chịu ảnh hưởng của bão lũ nhiều nhất cho nên quá trình xói lở bờ biển ở khu vực này xảy ra rất mạnh mẽ.
Trong những năm gần đây, các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra ngày càng dữ dội, gia tăng cả về tần suất lần cường độ. Ngoài ra việc khai thác bùn cát của con người trên các lưu vực sông tăng mạnh, việc xây dựng các đập thủy điện và hồ chứa ở thượng nguồn dẫn đến lượng bùn cát bồi đắp cho bờ biển bị thiếu hụt. Hệ quả là hiện tượng xói lở bờ biển ngày càng trở nên mãnh liệt gây nhiều thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng lớn đến đời sống của các khu dân cư ven biển. Quá trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển với mức độ (cường độ và tốc độ) khác nhau.
Quá trình xói lở đang diễn ra tại hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền đá gốc, sỏi cát, bùn sét, bùn, cát … song chủ yếu là bờ cát. Đáng chú ý là một số đoạn bờ đã có các công trình chỉnh trị (như đê, kè, trồng cây …) vẫn tiếp tục bị xói. Số đoạn bị xói có xu thế tăng rõ rệt trong thời gian từ năm 1930 trở lại đây.2 Đặc điểm công trình bảo vệ bờ biển Bờ biển là địa bàn, là căn cứ địa của tất cả các hoạt động khai thác tài nguyên biển, canh giữ và bảo vệ lãnh thổ, lãnh hải của đất nước. Việc quy hoạch để hình thành từng bước các trung tâm kinh tế biển theo hướng phát triển tổng hợp phải gắn liền với việc bảo vệ bờ biển.
Công trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp, chức năng và kết cấu rất đa dạng như đê kè biển, các công trình ngăn cát – giảm sóng … đây là giải pháp xây dựng các công trình bảo vệ (gần bờ hoặc xa bờ) nhằm mục đích bảo vệ khu vực phía bên trong công trình. Giải pháp này phù hợp trong điều kiện việc đầu tư xây dựng các công trình bảo vệ bờ có chi phí thấp hơn nguồn lợi thu được từ khu vực đó hoặc là những vị trí có vai trò quan trọng về an ninh – quốc phòng, vùng đông dân cư. Giải pháp công trình có tác động trực tiếp tới các tác nhân gây ra tai biến và hạn chế thiệt hại cho một khu vực cụ thể một cách toàn diện nhất. Tuy nhiên, giải pháp này thường tốn kém, đôi khi có thể gây ra các tác động xấu cho khu vực khác.
Do đó, nhất thiết phải có tính toán chi tiết trước khi lựa chọn phương án cụ thể. Thông thường người sử dụng kết hợp nhiều biện pháp khác nhau để khắc phục những điểm yếu của mỗi biện pháp.1 Đê biển Đê biển là một loại công trình xây dựng dọc theo bờ biển để ngăn triều, chắn sóng nhằm chống ngập mặn cho đất đai ven biển cần được bảo vệ. Lấn biển, mở mang vùng đất mới tạo điều kiện cho phát triển dân sinh kinh tế của khu vực. Đây là biện pháp chủ yếu của công trình bảo vệ bờ và đã được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam (từ Quảng Ninh đến Quảng Nam).
Tuy nhiên đê biển không có tác dụng chống xói lở đường bờ trong trường hợp xói lở gây ra bởi dòng ven. Đê biển thường được đắp bằng đất, mặt và đáy đê phía biển được bảo vệ chống sóng, phía bờ có rãnh thoát nước. Mái đê tương đối thoải, thỉnh thoảng có lõi không thấm, có nhiệm vụ chính là ngăn sóng tràn và thấm xuyên qua đê, gây ngập lụt và xâm nhập mặn vào phần đất phía sau đê. Dựa vào đặc điểm hình dạng hình học của đê ở phía biển, mặt cắt đê biển có thể chia thành 3 loại: đê tường đứng (gồm cả tường dốc gần đứng), đê mái nghiêng và đê hỗn hợp.1 Đê biển dạng tường đứng Độ dốc mái phía biển m = cotgα < 1, sau tường đắp bồi đất, giữa chúng có tầng lọc.
Khối tường có thể bằng đá xây hoặc bê tông. Với kết cấu đá xây có thể là khối đá xây khan không có vữa mà các tảng hoặc khối đá xếp chèn lên nhau. Điều kiện cơ bản để áp dụng công trình là nền móng phải tốt. Đất nền lý tưởng nhất cho công trình này là nền đá.
Ưu điểm: Có hình dáng gọn nhẹ nên giảm được khối lượng các vật liệu xây dựng như đá và bê tông. Từ đó giảm bớt được thời gian thi công.